Kurs:Riemannsche Flächen (Osnabrück 2022)/Vorlesung 30/latex

\setcounter{section}{30}






\zwischenueberschrift{Serre-Dualität}

Im Beweis der Serre-Dualität orientieren wir uns stark an Forster und Möller.




\inputfaktbeweis
{Riemannsche Fläche/Invertierbare Garbe/Serre-Dualität/Injektivität nach erster Kohomologie/Fakt}
{Lemma}
{}
{

\faktsituation {Es sei $X$ eine \definitionsverweis {kompakte}{}{} \definitionsverweis {zusammenhängende}{}{} \definitionsverweis {riemannsche Fläche}{}{} und ${ \mathcal L }$ eine \definitionsverweis {invertierbare Garbe}{}{} auf $X$.}
\faktfolgerung {Dann ist die natürliche Abbildung \maabbeledisp {} { \operatorname{Hom} { \left( { \mathcal L } , \Omega_X \right) } } { \operatorname{Hom} { \left( H^1(X, { \mathcal L }), H^1 (X, \Omega_X) \right) } } { \theta} { H^1(\theta) } {,} \definitionsverweis {injektiv}{}{.}}
\faktzusatz {}
\faktzusatz {}

}
{

Hier stehen links Modulgarbenhomomorphismen und rechts ${\mathbb C}$-lineare Abbildungen, die Gesamtzuordnung ist ein Gruppenhomomorphismus. Es sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ \theta }
{ \in }{ \operatorname{Hom} { \left( { \mathcal L } , \Omega_X \right) } }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} nicht die Nullabbildung. Dann ist \maabb {\theta} {{ \mathcal L } } { \Omega_X } {} injektiv, da beide Garben invertierbar sind. Es liegt somit eine kurze exakte Garbensequenz
\mathdisp {0 \, \stackrel{ }{\longrightarrow} \, { \mathcal L } \, \stackrel{ }{ \longrightarrow} \, \Omega_X \, \stackrel{ }{\longrightarrow} \, \Omega_X /{ \mathcal L } \,\stackrel{ } {\longrightarrow} \, 0} { }
vor, wobei die \definitionsverweis {Quotientengarbe}{}{}
\mathl{\Omega_X /{ \mathcal L }}{} nach Lemma 28.1 einen diskreten Träger besitzt und ihre erste Kohomologie verschwindet. Es liegt somit die lange exakte Kohomologiesequenz
\mathdisp {0 \longrightarrow H^0(X,{ \mathcal L }) \stackrel{H^0(\theta)}{\longrightarrow} H^0(X, \Omega_X ) \longrightarrow H^0(X, \Omega_X /{ \mathcal L }) \stackrel{\delta}{ \longrightarrow} H^1(X,{ \mathcal L }) \stackrel{ H^1(\theta)}{ \longrightarrow } H^1(X, \Omega_X) \longrightarrow 0} { }
vor. Daher ist $H^1(\theta)$ surjektiv und wegen
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ H^1(X, \Omega_X) }
{ \neq }{ 0 }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} ist es nicht die Nullabbildung.

}


Wir wissen noch nicht, dass das Residuum eine Bijektion
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{H^1(X, \Omega_X) }
{ \cong} { {\mathbb C} }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} definiert, nur, dass die Abbildung nichttrivial, also surjektiv ist. Wir werden von nun an die Dualität über das Residuum betrachten. Wir schreiben
\mathl{{ H^1(X, { \mathcal L } ) }^{ * }}{} für den Dualraum von
\mathl{H^1(X, { \mathcal L } )}{.} Die vorstehende Aussage gilt auch in dieser Situation.




\inputfaktbeweis
{Riemannsche Fläche/Invertierbare Garbe/Serre-Dualität/Injektivität/Fakt}
{Korollar}
{}
{

\faktsituation {Es sei $X$ eine \definitionsverweis {kompakte}{}{} \definitionsverweis {zusammenhängende}{}{} \definitionsverweis {riemannsche Fläche}{}{} und ${ \mathcal L }$ eine \definitionsverweis {invertierbare Garbe}{}{} auf $X$.}
\faktfolgerung {Dann ist die natürliche Abbildung \maabbeledisp {} { \operatorname{Hom} { \left( { \mathcal L } , \Omega_X \right) } } { \operatorname{Hom} { \left( H^1(X, { \mathcal L }), {\mathbb C} \right) } } { \theta} { \operatorname{Res}_{ } \left( H^1(\theta) \right) } {,} \definitionsverweis {injektiv}{}{.}}
\faktzusatz {}
\faktzusatz {}

}
{

Dies folgt unmittelbar aus Lemma 30.1.

}





\inputfaktbeweis
{Riemannsche Fläche/Invertierbare Garben/Schnitt und Tensorierung/Duale Version/Fakt}
{Lemma}
{}
{

\faktsituation {Es sei $X$ eine \definitionsverweis {kompakte}{}{} \definitionsverweis {zusammenhängende}{}{} \definitionsverweis {riemannsche Fläche}{}{} und seien \mathkor {} {{ \mathcal L }} {und} {{ \mathcal M }} {} \definitionsverweis {invertierbare Garben}{}{} auf $X$. Es sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{s }
{ \in }{ \Gamma { \left( X, { \mathcal L } \right) } }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} ein nichttrivialer Schnitt.}
\faktfolgerung {Dann ist die natürliche Abbildung \maabbdisp {} { { \left( H^1(X, { \mathcal M } \otimes { \mathcal L } ) \right) }^{ * } } { { \left( H^1(X, { \mathcal M } ) \right) }^{ * } } {} \definitionsverweis {injektiv}{}{.}}
\faktzusatz {}
\faktzusatz {}

}
{

Der Schnitt führt zu einem injektiven Garbenhomomorphismus \maabb {} { {\mathcal O}_{ X } } { { \mathcal L } } {} und durch Tensorierung zu einem injektiven Homomorphismus \maabb {} { { \mathcal M } } { { \mathcal M } \otimes { \mathcal L } } {.} Nach Lemma 28.1 ist \maabbdisp {} { H^1(X, { \mathcal M } )} { H^1(X, { \mathcal M } \otimes { \mathcal L } ) } {} surjektiv und daher ist die duale Abbildung injektiv.

}





\inputfaktbeweis
{Riemannsche Fläche/Invertierbare Garbe/Serre-Dualität/Dualitätsdiagramm/Fakt}
{Lemma}
{}
{

\faktsituation {Es sei $X$ eine \definitionsverweis {kompakte}{}{} \definitionsverweis {zusammenhängende}{}{} \definitionsverweis {riemannsche Fläche}{}{} und seien
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{D' }
{ \leq }{D }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} \definitionsverweis {Divisoren}{}{} auf $X$. Es sei $K$ ein \definitionsverweis {kanonischer Divisor}{}{} von $X$.}
\faktfolgerung {Dann liegt ein kommutatives Diagramm
\mathdisp {\begin{matrix} H^0(X, {\mathcal O}_{ X } (K-D) ) & \stackrel{ }{\longrightarrow} & { H^1(X, {\mathcal O}_{ X } (D) ) }^{ * } & \\ \downarrow & & \downarrow & \\ H^0(X, {\mathcal O}_{ X } (K-D') ) & \stackrel{ }{\longrightarrow} & { H^1(X, {\mathcal O}_{ X } (D') ) }^{ * } & \!\!\!\!\! \\ \end{matrix}} { }
vor, wobei alle Abbildungen injektiv sind. Dabei gilt
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ H^0(X, {\mathcal O}_{ X } (K-D) ) }
{ =} { H^0(X, {\mathcal O}_{ X } (K-D') ) \cap { H^1(X, {\mathcal O}_{ X } (D) ) }^{ * } }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.}}
\faktzusatz {}
\faktzusatz {}

}
{

Links steht die zu
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ K-D }
{ \leq} {K-D' }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} gehörende Einbettung der zugehörigen invertierbaren Garben, siehe Lemma 20.16. Rechts steht die injektive duale Abbildung zur surjektiven Abbildung \maabbdisp {} {H^1(X, {\mathcal O}_{ X } (D') )} { H^1(X, {\mathcal O}_{ X } (D) ) } {,} die wiederum zur Einbettung
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ {\mathcal O}_{ X } (D') }
{ \subseteq} { {\mathcal O}_{ X } (D) }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} gehört. Es ist
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ {\mathcal O}_{ X } (K-D) }
{ \cong} { \Omega_X \otimes {\mathcal O}_{ X } (-D) }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.} Ein globaler Schnitt in dieser Garbe ist das gleiche wie ein Modulhomomorphismus \maabbdisp {} { {\mathcal O}_{ X } } { \Omega_X \otimes {\mathcal O}_{ X } (-D) } {} was wiederum das gleiche wie ein Homomorphismus \maabbdisp {} { {\mathcal O}_{ X } (D) } { \Omega_X } {} ist. Daher folgt die Injektivität der horizontalen Abbildungen aus Korollar 30.2.

Es sei nun eine Linearform
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ \lambda' }
{ \in }{ { H^1(X, {\mathcal O}_{ X } (D') ) }^{ * } }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} gegeben, das einerseits von
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ \lambda }
{ \in }{ H^0(X, {\mathcal O}_{ X } (K-D) ) }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} und andererseits von
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ u' }
{ \in }{ H^0(X, {\mathcal O}_{ X } (K-D') ) }
{ = }{ \operatorname{Hom} { \left( {\mathcal O}_{ X } (D') , \Omega_X \right) } }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} herrührt. Wir müssen
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ u' }
{ \in }{ H^0(X, {\mathcal O}_{ X } (K-D) ) }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} zeigen. Nehmen wir an, dass das nicht gilt. Dann gibt es einen Punkt
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ P }
{ \in }{ X }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} derart, dass die Ordnung von $u'$ in $P$ echt kleiner als die Ordnung von $K-D$ in $P$ ist. Um einen Widerspruch zu erreichen, konstruieren wir eine Kohomologieklasse
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ c' }
{ \in }{ H^1(X, {\mathcal O}_{ X } (D') ) }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{,} die unter $\lambda$, also unter
\mathdisp {H^1(X, {\mathcal O}_{ X } (D') ) \longrightarrow H^1(X, {\mathcal O}_{ X } (D) ) \stackrel{\lambda}{\longrightarrow} {\mathbb C}} { , }
und unter $H^1 ( u' )$ einen unterschiedlichen Wert hat.

Es sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ P }
{ \in }{ U }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} eine Kreisscheibenumgebung derart, dass auf $U \setminus \{P\}$ die Divisoren $D,D',K, \operatorname{div} { \left( u' \right) }$ trivial sind.

}


Der folgende Satz beschreibt die sogenannte \stichwort {Serre-Dualität} {.}




\inputfaktbeweis
{Riemannsche Fläche/Invertierbare Garbe/Serre-Dualität/Fakt}
{Satz}
{}
{

\faktsituation {Es sei $X$ eine \definitionsverweis {kompakte}{}{} \definitionsverweis {zusammenhängende}{}{} \definitionsverweis {riemannsche Fläche}{}{} und ${ \mathcal L }$ eine \definitionsverweis {invertierbare Garbe}{}{} auf $X$.}
\faktfolgerung {Dann definiert die natürliche Abbildung \maabbeledisp {} { \operatorname{Hom} { \left( { \mathcal L } , \Omega_X \right) } \times H^1(X, { \mathcal L }) } { {\mathbb C} } { ( \theta,c)} { \operatorname{Res}_{ } \left( H^1(\theta)(c) \right) } {,} eine \definitionsverweis {vollständige Dualität}{}{.}}
\faktzusatz {}
\faktzusatz {}

}
{

Es sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ { \mathcal L } }
{ = }{ {\mathcal O}_{ X } (D) }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} mit einem Divisor $D$. Es sei $g$ das \definitionsverweis {Geschlecht}{}{} von $X$ und es sei $K$ ein \definitionsverweis {kanonischer Divisor}{}{.} Wegen Korollar 30.2 genügt es zu zeigen, dass \maabbeledisp {} { \operatorname{Hom} { \left( {\mathcal O}_{ X } (D), \Omega_X \right) } \cong H^0(X, {\mathcal O}_{ X } (K-D) ) } { \operatorname{Hom} { \left( H^1(X, {\mathcal O}_{ X } (D)), {\mathbb C} \right) } \cong { \left( H^1(X, {\mathcal O}_{ X } (D)) \right) }^{ * } } { \theta} { \operatorname{Res}_{ } \left( H^1(\theta) \right) } {,} auch \definitionsverweis {surjektiv}{}{} ist. Es sei dazu \maabbdisp {\lambda} { H^1(X, {\mathcal O}_{ X } (D) ) } { {\mathbb C} } {} eine \definitionsverweis {Linearform}{}{} $\neq 0$. Es sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{P }
{ \in }{X }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} ein Punkt, wir betrachten die Divisoren
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ D_n }
{ = }{ D-nP }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.} Es sei zunächst $n$ fixiert. Ein globaler Schnitt
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{s }
{ \in }{ \Gamma { \left( X, {\mathcal O}_{ X } (nP) \right) } }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} definiert durch Tensorierung \zusatzklammer {siehe Lemma 30.3} {} {} mit ${\mathcal O}_{ X } (D_n)$ einen Homomorphismus \maabbdisp {} { {\mathcal O}_{ X } (D_n)} { {\mathcal O}_{ X } (D_n) \otimes {\mathcal O}_{ X } (nP) \cong {\mathcal O}_{ X } (D) } {} und damit via
\mathdisp {H^1 (X,{\mathcal O}_{ X } (D_n) ) \stackrel{H^1(s)}{\longrightarrow} H^1 (X,{\mathcal O}_{ X } (D) ) \stackrel{\lambda}{ \longrightarrow} {\mathbb C}} { }
eine Linearform auf
\mathl{H^1(X, {\mathcal O}_{ X } (D_n) )}{,} die wir mit $s \lambda$ bezeichnen. Es sei
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ \Lambda_n }
{ =} { { \left\{ s \lambda \mid s \in \Gamma { \left( X, {\mathcal O}_{ X } (nP) \right) } \right\} } }
{ \subseteq} { { \left( H^1(X, {\mathcal O}_{ X } (D_n) ) \right) }^{ * } }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.} Für
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{s }
{ \neq }{0 }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} ist nach Lemma 30.3 auch
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{s \lambda }
{ \neq }{0 }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} und daher ist die Gesamtzuordnung \maabbdisp {} { \Gamma { \left( X, {\mathcal O}_{ X } ( n P ) \right) } } { { \left( H^1(X, {\mathcal O}_{ X } (D_n) ) \right) }^{ * } } {} injektiv. Insbesondere haben \mathkor {} {\Gamma { \left( X, {\mathcal O}_{ X } ( n P ) \right) }} {und} {\Lambda_n} {} die gleiche Dimension. Daher haben wir nach Korollar 28.5 die Dimensionsabschätzung
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ \dim_{ {\mathbb C} } { \left( \Lambda_n \right) } }
{ \geq} { n+1-g }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.} Neben $\Lambda_n$ betrachten wir einen weiteren Untervektorraum von
\mathl{{ \left( H^1(X, {\mathcal O}_{ X } (D_n) ) \right) }^{ * }}{,} nämlich das natürliche Bild
\mavergleichskettedisphandlinks
{\vergleichskettedisphandlinks
{ B_n }
{ =} { \operatorname{bild} { \left( H^0(X, {\mathcal O}_{ X } (K-D_n) ) \longrightarrow { \left( H^1(X, {\mathcal O}_{ X } (D_n) ) \right) }^{ * } \right) } }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.} Dessen Dimension stimmt nach Korollar 30.2 mit der Dimension von
\mathl{H^0(X, {\mathcal O}_{ X } (K-D_n) )}{} überein und kann nach Lemma 28.6 \zusatzklammer {mit
\mavergleichskettek
{\vergleichskettek
{ { \mathcal M } }
{ = }{ {\mathcal O}_{ X } (K-D) }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} und
\mavergleichskettek
{\vergleichskettek
{ { \mathcal L } }
{ = }{ {\mathcal O}_{ X } (nP) }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{}} {} {} durch
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ \dim_{ K } { \left( H^0(X, {\mathcal O}_{ X } (K-D_n) ) \right) } }
{ \geq} { n +c }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} für ein von \mathkor {} {D} {und} {K} {} abhängiges $c$ abgeschätzt werden. Ferner ist für
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{n }
{ >} { \operatorname{Grad} \, (D) }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} der Grad von $D_n$ negativ und somit besitzt für diese $D_n$ keine globalen Schnitte nach Lemma 28.3. Nach Satz 28.4 ist daher
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ h^1 ( X, {\mathcal O}_{ X } (D_n)) }
{ =} { g-1 - \operatorname{Grad} \, ( D_n ) }
{ =} { n +g-1 - \operatorname{Grad} \, ( D ) }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.} Die Zahl $n$ geht also in alle drei relevanten Dimensionen einfach linear ein. Für $n$ hinreichend groß übertrifft also die Summe der Dimensionen von \mathkor {} {\Lambda_n} {und von} {B_n} {} die Dimension des umgebenden Raumes. Es sei nun ein solches $n$ gewählt. Nach Korollar 9.8 (Lineare Algebra (Osnabrück 2024-2025)) ist dann
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ \Lambda_n \cap B_n }
{ \neq} { \emptyset }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.} Ein nichttriviales Element darin hat einerseits eine Darstellung als
\mathl{s \lambda}{} mit
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{s }
{ \in }{ \Gamma { \left( X, {\mathcal O}_{ X }(nP) \right) } }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} und andererseits als Bild von einem Element $\omega$ aus
\mathl{H^0(X, {\mathcal O}_{ X } (K-D_n) )}{.} Es gilt also
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{s \lambda }
{ =} { \omega }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.} Wegen
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{s }
{ \in }{ \Gamma { \left( X, {\mathcal O}_{ X }(nP) \right) } }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} ist
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ \operatorname{div} { \left( s \right) } }
{ \geq }{ -nP }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.} Somit ist
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ -nP - \operatorname{div} { \left( s \right) } }
{ \leq }{0 }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} und daher ist
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{D' }
{ \defeq} {D_n- \operatorname{div} { \left( s \right) } }
{ =} {D- nP - \operatorname{div} { \left( s \right) } }
{ \leq} {D }
{ } { }
} {}{}{.} Wir betrachten das kommutative Diagramm
\mathdisp {\begin{matrix} H^0(X, {\mathcal O}_{ X } (K-D) ) & \stackrel{ }{\longrightarrow} & { H^1(X, {\mathcal O}_{ X } (D) ) }^{ * } & \\ \downarrow & & \downarrow & \\ H^0(X, {\mathcal O}_{ X } (K-D') ) & \stackrel{ }{\longrightarrow} & { H^1(X, {\mathcal O}_{ X } (D') ) }^{ * } & \!\!\!\!\! , \\ \end{matrix}} { }
wobei alle Abbildungen injektiv sind. Wir fassen das $\lambda$ von rechts oben rechts unten auf. Wegen
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ \omega }
{ \in }{H^0(X, {\mathcal O}_{ X } (K-D_n) ) }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} ist
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ { \frac{ \omega }{ s } } }
{ \in }{ H^0(X, {\mathcal O}_{ X } (K-D_n+ \operatorname{div} { \left( s \right) } ) ) }
{ = }{ H^0(X, {\mathcal O}_{ X } (K-D' ) ) }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.} Dabei gilt rechts unten die Gleichheit
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ { \frac{ \omega }{ s } } }
{ = }{ \lambda }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.} Nach Lemma 30.4 rührt damit $\lambda$ von oben links her.

}





\inputfaktbeweis
{Riemannsche Fläche/Serre-Dualität/Holomorphe Differentialformen/Eindimensionale Kohomologie/Fakt}
{Korollar}
{}
{

\faktsituation {Es sei $X$ eine \definitionsverweis {kompakte}{}{} \definitionsverweis {zusammenhängende}{}{} \definitionsverweis {riemannsche Fläche}{}{.}}
\faktfolgerung {Dann ist
\mathl{H^1(X, \Omega_X)}{} eindimensional und die Residuenabbildung ist bijektiv.}
\faktzusatz {}
\faktzusatz {}

}
{

Dies folgt aus Satz 30.5, wenn man dort
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ { \mathcal L } }
{ = }{ \Omega_X }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} setzt.

}


Mit diesem Wissen kann man die Serre-Dualität allein mit $H^1(X, \Omega_X)$ und auch ohne die Residuenabbildung formulieren.





\inputfaktbeweis
{Riemannsche Fläche/Serre-Dualität/Holomorphe Differentialformen und Strukturkohomologie/Fakt}
{Korollar}
{}
{

\faktsituation {Es sei $X$ eine \definitionsverweis {kompakte}{}{} \definitionsverweis {zusammenhängende}{}{} \definitionsverweis {riemannsche Fläche}{}{.}}
\faktfolgerung {Dann sind die Vektorräume \mathkor {} {H^0(X, \Omega_X)} {und} {H^1(X, {\mathcal O}_{ X } )} {} in natürlicher Weise dual zueinander.}
\faktzusatz {}
\faktzusatz {}

}
{

Dies folgt aus Satz 30.5 mit
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ { \mathcal L } }
{ = }{ {\mathcal O}_{ X } }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} unter Verwendung von
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ \operatorname{Hom} { \left( {\mathcal O}_{ X } , \Omega_X \right) } }
{ =} { H^0(X, \Omega_X) }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.}

}







\inputbemerkung
{}
{

Die bijektive Zuordnung \maabbeledisp {} { H^1(X, {\mathcal O}_{ X }) } { { H^0(X,\Omega) }^{ * } } { c } { { \left( \omega \mapsto \operatorname{Res}_{ } \left( H^1(\omega) (c) \right) \right) } } {,} aus Korollar 30.7 ist so zu verstehen. Eine globale Differentialform
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ \omega }
{ \in }{ H^0(X,\Omega) }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} definiert einen \zusatzklammer {ebenfalls mit $\omega$ bezeichneten} {} {} Garbenhomomorphismus \maabbeledisp {} { {\mathcal O}_{ X } } { \Omega_X } { 1 } { \omega } {,} und dazu die erste Kohomologieabbildung \maabbeledisp {} { H^1(X, {\mathcal O}_{ X } ) } { H^1(X, \Omega_X) } { c } { H^1( \omega) (c) } {.} Die Auswertung mit dem Residuum ergibt dann den Wert in ${\mathbb C}$. Der rechnerische Aufwand hängt wesentlich davon ab, in welcher Form die Kohomologieklasse vorliegt. Wenn $c$ Čech-kohomologisch als
\mathl{U_i, h_{ij}}{} vorliegt, so erhält man bei gegebenem $\omega$ eine entsprechende Darstellung
\mathl{U_i, h_{ij} \omega}{.} Wenn $c$ als Klasse zu einer Hauptteilverteilung $(\tau_P)_P$ vorliegt, so gehört dazu direkt die Hauptteilverteilung von holomorphen Differentialformen $(\tau_P \omega)_P$ und dazu wiederum die Residuenauswertung im Sinne der Definition 29.2.

}





\inputfaktbeweis
{Riemannsche Fläche/Invertierbare Garbe/Serre-Dualität/Geschlecht/Fakt}
{Korollar}
{}
{

\faktsituation {Es sei $X$ eine \definitionsverweis {kompakte}{}{} \definitionsverweis {zusammenhängende}{}{} \definitionsverweis {riemannsche Fläche}{}{.}}
\faktfolgerung {Dann stimmt das \definitionsverweis {kohomologische Geschlecht}{}{} von $X$ mit dem \definitionsverweis {differentiellen Geschlecht}{}{} von $X$ überein.}
\faktzusatz {}
\faktzusatz {}

}
{

Dies folgt unmittelbar aus Korollar 30.7.

}





\inputfaktbeweis
{Riemannsche Fläche/Kompakt/Kanonische Garbe/Grad/Fakt}
{Satz}
{}
{

\faktsituation {Es sei $X$ eine \definitionsverweis {kompakte}{}{} \definitionsverweis {zusammenhängende}{}{} \definitionsverweis {riemannsche Fläche}{}{} mit dem \definitionsverweis {Geschlecht}{}{} $g$.}
\faktfolgerung {Dann besitzt ein \definitionsverweis {kanonischer Divisor}{}{} den \definitionsverweis {Grad}{}{} $2g-2$.}
\faktzusatz {}
\faktzusatz {}

}
{

Der Satz von Riemann-Roch ergibt für einen kanonischen Divisor $K$ wegen
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ {\mathcal O}_{ X } ( K ) }
{ = }{ \Omega_X }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} unter Verwendung von Korollar 30.7 die Gleichheit
\mavergleichskettealign
{\vergleichskettealign
{ g-1 }
{ =} { h^0(X, \Omega_X ) - h^1(X, \Omega_X ) }
{ =} { h^0(X, {\mathcal O}_{ X } (K)) - h^1(X, {\mathcal O}_{ X } (K) ) }
{ =} { \operatorname{Grad} \, ( K ) +1 -g }
{ } { }
} {} {}{.} Also ist
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ \operatorname{Grad} \, ( K ) }
{ =} { 2g-2 }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.}

}